水环所在北方陆相页岩气开发中浅层地下水循环演变及异常评估研究取得新进展

中国地质调查局水文地质环境地质研究所在北方陆相页岩气开发中地下水循环演变及异常评估研究取得新进展。该研究以我国北方侏罗统大煤沟组页岩气储层为研究对象，分析页岩地层水的主要补给来源和水化学演化机制，识别地层水赋予返排液的地球化学特征，筛选返排液潜在识别指标，揭示水力压裂引发的水岩作用对页岩矿物相关识别指标的影响及其机理，提出可广泛应用于我国北方陆相页岩返排液污染浅层含水层的标识，为我国北方陆相页岩气开发区地下水循环演变及异常评估提供科学依据。

随着全球范围内页岩气开采程度的不断增长，主要页岩气开采国对页岩气开发潜在的地下水影响越发关注，使水力压裂返排液在浅层地下水中的识别成为当前研究热点。研究发现：一是大煤沟组陆相页岩地层水起源于受大气降水补给的古湖水，并在形成过程中发生了蒸发浓缩作用、硫酸盐热化学还原作用、长石的伊利石化/高岭石化作用、白云石/方解石化作用和硼酸盐溶解作用，使地层水形成了独特的水化学和同位素特征，并通过和压裂液的混合作用，赋予了返排液与其相似的地球化学特征。经分析Br/Cl、Ba/Sr、⁸⁷Sr/⁸⁶Sr和δ¹¹B可作为返排液的潜在识别指标。二是压裂引发的页岩中长石溶解，可赋予返排液陆相页岩独特的硼同位素指纹特征，而且不因地层水的混合而明显改变。因此，硼同位素可广泛应用于我国北方以大气降水为主要补给来源的浅层地下水中陆相页岩返排液的污染标识。但压裂引发的页岩中碳酸盐矿物溶解，释放低⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值、高元素浓度的Sr，阻碍返排液“继承”陆相富硅酸盐页岩高⁸⁷Sr/⁸⁶Sr和高Ba/Sr的特征，故⁸⁷Sr/⁸⁶Sr和Ba/Sr成为贫碳酸盐陆相页岩返排液污染标识的潜力较大。

大煤沟组陆相页岩压裂返排液主要识别指标及其特征区间值

 大煤沟组陆相页岩压裂返排液主要识别指标对压裂引发水岩作用的响应